Một số hệ thống kết cấu thép được ứng dụng phổ biến trong xây dựng công trình cao tầng

Hệ thống kết cấu thép đóng vai trò quan trọng trong việc xây dựng các công trình cao tầng. Việc lựa chọn hệ thống kết cấu thép phù hợp có vai trò vô cùng quan trọng, giúp đảm bảo sự an toàn và hiệu quả các kết cấu. Kết cấu thép ứng dụng trong công trình cao tầng được chia làm nhiều loại, mỗi loại có đặc điểm và hạn chế riêng. Bài viết này sẽ tìm hiểu các loại kết cấu thép thường được ứng dụng trong các công trình cao tầng.

1. Tổng quan về các kết cấu thép và công trình cao tầng

Kết cấu thép:

Kết cấu thép là các công trình được xây dựng với vật liệu chính là thép. Thép được sử dụng để làm khung, góp phần tạo nên sức chống chịu cho tòa nhà. Ngày nay, nhờ một loạt ưu điểm (sức mạnh, độ bền, tính linh hoạt,v.v.) mà kết cấu thép đang ngày càng trở nên phổ biến trong xây dựng. 

Thứ nhất, kết cấu thép rất chắc chắn và bền vững nên phù hợp với những công trình cần không gian rộng như nhà kho, nhà xưởng, v.v. Bên cạnh đó, khả năng chống cháy, lực địa chấn, và các khả năng khác giúp cho các công trình thép có tính an toàn cao. Ngoài ra, thép cũng là vật liệu linh hoạt, điều này giúp thép dễ dàng được tạo hình khác nhau để đáp ứng nhu cầu của người xây dựng. 

Công trình nhà cao tầng:

Các tòa nhà cao tầng là các công trình có chiều cao nổi bật và có nhiều tầng. Việc xây dựng các công trình cao tầng có vai trò quan trọng trong cách mạng hóa đô thị, tối đa hóa việc sử dụng đất trong điều kiện dân số ngày càng tăng đáng kể. Chỉ vật liệu thép hoặc bê tông là không đủ để xây dựng các công trình cao tầng, nhìn chung các công trình này đều được xây dựng với kết cấu phức hợp bê tông cốt thép. 

2. Một số hệ thống kết cấu thép phổ biến trong xây dựng công trình cao tầng

Dưới đây một số hệ kết cấu thép thường được sử dụng trong xây dựng các công trình nhà cao tầng:

2.1 Hệ thống khung cứng

Hệ thống khung cứng thường được sử dụng trong cả kết cấu thép và bê tông cốt thép nhằm tạo khả năng hỗ trợ tải trọng theo cả chiều dọc và chiều ngang. Hệ thống khung cứng có hiệu quả rất cao trong thiết kế công trình. Trong khung cứng, đặc biệt là khung mô men, các dầm và cột được liên kết một cách chắc chắn và cứng cáp. Điều này vô cùng quan trọng vì các kết nối giữ vai trò giữ chặt các góc tại điểm kết nối. Ngay cả dưới tác động của tải trọng và các lực bên ngoài thì các góc giao nhau giữa dầm và cột vẫn không thay đổi. 

Trong các công trình bê tông cốt thép, dầm có độ cứng vô cùng cao. Do đó, khung cứng được xem là một lựa chọn vô cùng phù hợp để xây dựng công trình. Trong các kết cấu thép, các góc liên kết có thể được cải tiến để tăng độ cứng, đảm bảo yêu cầu về độ cứng của kết cấu.

2.2 Hệ thống khung giằng và tường chịu cắt

Hệ thống khung giằng sử dụng các giằng chéo nhằm chống lại tải trọng theo phương ngang. Các thanh giằng có thể được làm từ thép hoặc bê tổng cốt thép và được đặt khéo léo vào hệ thống khung để giúp công trình thêm vững chắc. Mặt khác, hệ thống khung có thêm phần tường chịu cắt thẳng đứng để chống lại các lực theo phương ngang. Việc sử dụng hệ thống khung giằng chéo và tường chịu cắt có vai trò giúp công trình chống tải ngang (gió và địa chấn) một cách hiệu quả. Do đó, phương pháp này được sử dụng phổ biến khi xây dựng công trình cao tầng.

2.3 Hệ thống dầm gánh

Hệ thống dầm gánh sử dụng các kèo hoặc tường ngang để kết nối phần lõi của công trình với các kết cấu xung quanh. Các dầm gánh giúp củng cố độ cứng và phân bổ lực ngang đều, giúp duy trì tính ổn định của công trình. Hệ thống dầm gánh được sử dụng trong các tòa nhà cao tầng có lõi ở trung tâm. Hệ thống này đặc biệt hiệu quả trong việc giảm rung lắc và nâng cao hiệu suất kết cấu.

2.4 Hệ thống framed-tube

Hệ thống framed-tube được sử dụng trong cả kết cấu thép, kết cấu bê tông cốt thép và kết cấu phức hợp composite. Framed-tube được xem là hệ thống tiến bộ hơn so với các kết cấu thông thường như khung giằng và tường chịu cắt. 

Hệ thống framed-tube gồm một mạng lưới các cột cách đều nhau nhau được kết nối với nhau bằng dầm tạo nên kết cấu cứng chắc có hình ống. Điều này giúp kết cấu chống lại tải trọng ngang một cách hiệu quả bằng cách phân bổ tải trọng qua các cột khác nhau. Do đó, nó có thể giúp giảm nhu cầu gia cố bằng giằng bổ sung. Nhìn chung hệ thống framed-tube rất vững chắc, có tính linh hoạt cao và được sử dụng phổ biến trong các tòa nhà cao tầng.

2.5 Hệ thống braced-tube

Hệ thống braced-tube có thể được sử dụng trong nhiều loại kết cấu khác nhau như kết cấu thép, kết cấu bê tông cốt thép và kết cấu phức hợp composite. Trong hệ thống braced-tube, các thanh giằng chéo được thêm vào để gia cố xung quanh cấu trúc framed-tube nhằm tăng cường độ cứng và hiệu quả của cấu trúc framed-tube. Hệ thống kết cấu braced-tube còn được gọi là kết cấu hình ống quây ngoài (trussed tube/exterior diagonal-tube) cho phép tăng chiều cao công trình và tăng khoảng cách giữa các cột, do đó nó phù hợp hơn với các tòa nhà rất cao. 

Hệ thống braced-tube cung cấp một giải pháp xây dựng hiệu quả do có ít đường chéo và các đường chéo giao nhau tại các cột chính giữa. Hệ thống brace-tube đảm bảo rằng các cột phối hợp với nhau để chịu cả tải trọng dọc và tải trọng ngang. Do đó, chúng có thể giúp cấu trúc cứng và bền hơn, cho phép xây dựng công trình cao hơn và khoảng cách lớn hơn giữa các cột.

2.6 Hệ thống bundled-tube

Hệ thống bundle-tube được sử dụng trong công trình kết cấu thép, bê tông cốt thép và công trình phức hợp composite. Khi công trình frame-tube cần có nhiều không gian hơn để thực hiện chức năng thì bundle-tube được xem là một giải pháp hiệu quả. Hệ thống bundle-tube gồm nhiều frame-tube kết nối với nhau hoặc có một phần lõi để chống lại lực theo phương ngang. 

Mỗi kết cấu frame-tube riêng lẻ được thiết kế để phân bổ đều tải trọng, tăng cường độ bền và độ cứng của kết cấu tổng thể. Hệ thống bundle-tube có tính linh hoạt, mang lại hiệu quả cao cho các công trình siêu cao.

Trên đây là một số hệ thống kết cấu thép được ứng dụng phổ biến trong xây dựng công trình cao tầng. Hy vọng bài viết đã cung cấp cho bạn những thông tin hữu ích. Truy cập trang web của BMB Steel để đọc thêm về nhà thép tiền chế và kết cấu thép. Bạn cũng có thể liên hệ với chúng tôi khi có nhu cầu tư vấn thiết kế và xây dựng nhà thép.